Урок "Природний радіоактивний фон. Вплив радіоактивного випромінювання на живі організми"

 Урок: фізика.   Клас — 9

Тема: Природний радіоактивний фон. Вплив радіоактивного випромінювання на живі організми

Мета:

  - дидактична: узагальнити поняття радіоактивності, ввести поняття природного радіаційного фону, ознайомити з його впливом на живі організми; показати шкідливий вплив радіації на організм людини, розглянути засоби захисту від радіоактивного випромінювання на побутовому рівні;  з'ясувати актуальність цієї проблеми у всіх сферах життя та науки;

  -  розвивальна: розвивати навички самоосвіти, вміння аналізувати науковий матеріал; пізнавальну активність, пам'ять, вміння логічно аргументувати та розвивати тему, формулювати висновок, чітко будувати свою відповідь;

  - виховна: виховувати культуру спілкування, колективізм, розуміння важливості  фізичних знань, уміння сконцентруватися, слухати інших, підкреслити роль людини в природі та її відповідальність за свої дії.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Обладнання: комп'ютер, створені учнями стінгазети з теми: “Радіація — добро чи зло?”, “Джерела радіації”, “Шляхи потрапляння радіоактивних речовин в організм людини”, плакат з висловом “Розум є здатність використовувати сили навколишнього світу без руйнування цього світу” (О. Стругацький), розроблені вчителем бланки для письмової самостійної роботи для кожного учня.

Хід уроку:

І. Організаційний момент.

Перевірка присутності і готовності учнів до уроку.

ІІ. Мотивація.

Останнім часом люди з жахом промовляють слова: радіоактивність, радіоактивний розпад, ядерна реакція. Хіросіма, Нагасакі, Чорнобиль - хто не знає цих трагічних сторінок у житті людства? Щоб не допустити подібного в майбутньому, кожна людина повинна не тільки мати активну життєву позицію, а й розуміти природу радіоактивності, знати шляхи захисту від радіації. На сьогоднішньому уроці ми розширимо і удосконалимо знання про ці поняття, з’ясуємо їхню силу і небезпечність, адже тільки знання можуть зберегти нас від небезпеки.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Для кращого розуміння впливу радіації на індивідуальний розвиток живих організмів, згадаємо вивчені нами основні поняття ядерної енергетики. Проведемо вправу “Незакінчене речення”. Я зачитую початок речення, а ви його продовжуєте.

1) Радіоактивність — це ... (здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання).

2) Хімічні елементи, що володіють радіоактивністю, називають ... (радіоактивними або радіонуклідами).

3)  Існують такі види радіоактивного випромінювання - ... (α, β, γ).

4)  α — випромінювання являє собою ... (позитивно заряджені ядра атома Гелію)

5)  β — випромінювання — це ... (електрони, розігнані до великої швидкості)

6)  γ — випромінювання — це ... (вид електромагнітних хвиль)

7) Ізотопом називають ... (види атомів одного хімічного  елемента, ядра яких містять однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів).

ІV. Повідомлення теми й мети уроку.

Отже, сьогодні на уроці ми з вами ознайомимося з природним радіаційним фоном, із впливом йонізаційного випромінювання на живі організми, розглянемо засоби захисту від радіоактивного випромінювання та з'ясуємо актуальність цієї проблеми у всіх сферах життя та науки.

V. Засвоєння нового матеріалу.

У кожного з вас на парті є аркуш із запитаннями, на які протягом уроку вам треба буде дати письмову відповідь. Тож уважно слухайте матеріал уроку та почувши відповідь на потрібне питання — відразу її записуйте.  Підпишіть угорі своє прізвище. Дана письмова робота буде враховуватись при виставленні оцінок за урок.

(Слайд 1) А тепер трішки історії... Хто ж вперше відкрив явище радіоактивності?

Учень 1. (Слайд 2) Явище радіоактивності вперше відкрив французький фізик Анрі Беккерель у 1896 р. Поштовхом до його досліджень стало припущення вчених, що рентгенівські промені можуть виникати під час короткочасного світіння солей урану, опромінених сонячним світлом. (Слайд 3) Беккерель, провівши ряд дослідів, довів, що інтенсивність  випромінювання солей урану не залежить від  зовнішніх факторів: світла, тиску, температури, а також не змінюються під дією електричного й магнітного полів. У 1898 р. Марія Склодовська-Кюрі довела наявність подібного випромінювання в торію.

 Учень 2.  (Слайд 4)

Марія Склодовська-Кюрі, полька за походженням, двічі ставала лауреатом Нобелівської премії - з фізики та з хімії. У сім'ї Склодовських було п'ятеро дітей - син та четверо доньок. (Слайд 5) Старша донька померла від тифу, згодом від сухот померла й мати Марії. У 16 років, закінчивши гімназію із золотою медаллю, Марія почала працювати гувернанткою в сім'ї поміщика. Узимку 1891 р. дівчина поїхала до Парижа, до сестри,  і вступила до університету Сорбонни — на фізичний факультет. (Слайд 6) За навчання треба було платити, тому Марія підробляла лаборанткою в муніципальній школі фізики та хімії.

Блискуче закінчивши університет, навесні 1894 р. познайомилася з молодим, але вже відомим фізиком П'єром Кюрі. (Слайд 7)

Темою своєї майбутньої дисертації Марія обрала вивчення явища, яке відкрив А. Беккерель. Місцем для роботи подружжя було неопалюване складське приміщення — але це анітрошки не бентежило молодих науковців.

Марія Кюрі в 1902 р. писала: «У цій старій комірчині минули найкращі й найщасливіші роки нашого життя, повністю присвячені роботі. Нерідко я готувала тут їжу, щоб не переривати хід особливо важливого досліду...» Вони не думали про опромінення і навіть не підозрювали про існування променевої хвороби. Радіоактивний пил стояв у повітрі. Учені спокійно брали в руки сильно радіоактивні руди радію і полонію. В урановій руді міститься не більше 1 % радію. Тому для його одержання доводилося переробляти буквально тонни руди. Коли через 55 років після смерті П'єра Кюрі піднесли до лічильника радіоактивності аркуш з його блокнота - прилад зашкалило, настільки сильним було випромінювання.

(Слайд 8) Подружжя Кюрі відкрили радіоактивний елемент, який назвали на честь батьківщини Марії — Польщі —  Полонієм, а потім — Радій, тому й назвали явище радіоактивністю.

Учень 1. Природу ж радіоактивного випромінювання вдалося з'ясувати французьким вченим Ернесту Резерфорду та Полю Віяру. (Слайд 9) Резерфорд, пропустивши вузький пучок радіоактивного випромінювання через магнітне поле постійного магніту, встановив, що воно складається з двох компонентів, які мають різну  проникну здатність - “альфа” і “бета” випромінювання, а в 1990 р. Поль Віяр довів, що існує й третя складова - “гамма”-випромінювання.

Учитель: сьогодні йтиметься мова про вплив радіоактивного або іонізаційного випромінювання. Скажіть, яке випромінювання називають йонізаційним? (Йонізаційним називають випромінювання, яке під час взаємодії з речовиною спричиняє іонізацію його атомів і молекул, тобто перетворює нейтральні атоми або молекули на йони) 

Коли випромінювання проходить крізь речовину, атоми й молекули, з яких вона складається, збуджуються або йонізуються. Унаслідок збудження молекул у живому організмі їхні функції можуть бути порушеними. (Слайд 10)

Учитель: проблема біологічного впливу іонізаційного випромінювання на живі організми тісно пов'язана з існуванням природного радіоактивного фону на поверхні Землі. Справа в тому, що в будь-якому місці - на поверхні Землі, під землею, у воді, в атмосферному повітрі й у космічному просторі є іонізаційне випромінювання різних видів і різного походження. Це випромінювання існувало, коли ще не було життя на Землі, є воно й зараз і буде і надалі. В умовах існування природного радіаційного фону на Землі виникло життя, яке пройшло шлях еволюції до свого теперішнього стану. Тому можна з упевненістю сказати, що дози опромінення, близькі до рівня природного фону, не становлять якоїсь серйозної небезпеки для життя організмів, мало того, живі організми настільки пристосувались до нього, що він став необхідним для їхнього існування.

Отже, природний радіаційний фон створюють радіоактивні речовини, які перебувають у ґрунті, воді, атмосфері, космічні промені, промислові радіаційні забруднення.

В Україні природний радіаційний фон характеризується потужністю 0,1 — 0,3 мкЗв/год.

Проте у наш час усі люди на Землі піддані дії йонізаційної радіації не тільки природного, але й штучного походження.

Що ж є джерелами радіації?

Учень 3.  (Перелічує джерела радіації, користуючись стінгазетою “Джерела радіації”)

Учитель: як саме радіоактивне випромінювання може потрапити в організм людини?

Учень 4. (Показує шляхи потрапляння радіоактивних речовин а організм людини, користуючись відповідною стінгазетою)

Для того, щоб зрозуміти масштаби впливу радіоактивного випромінювання, давайте згадаємо основні фізичні величини та їхні одиниці, що введено для  кількісної характеристики дії йонізаційного випромінювання на навколишнє середовище та організм людини.

Вправа — “Опиши формулу”. (Учні на дошці записують формулу поглинутої та еквівалентної дози іонізаційного випромінювання, називаючи кожну літеру та одиниці вимірювання)

Зверніть увагу (показує на стінгазету “Радіація - добро чи зло?”), радіація може впливати на людину як негативно, так і позитивно. Який же негативний вплив чинить радіація на організм людини? (Слайд 11)

Учень 5.

Розрізняють такі види біологічних ушкоджень йонізаційним випромінюванням:

• молекулярне — ушкодження молекул ДНК, РНК, ферментів; негативний вплив на процеси обміну;
• субклітинне — ушкодження біомембран і складових елементів клітин;
• клітинне — гальмування й припинення поділу клітин та часткове перетворення їх у злоякісні;
• тканинне — ушкодження найчутливіших тканин та органів;
• організмове — помітне скорочення тривалості життя або швидка загибель організму;
• популяційне — зміна генетичних характеристик в окремих індивідів.

Учень 6. Дослідження засвідчили, що ушкодження організмів, зумовлені впливом радіації, мають ряд особливостей.

- По-перше, серйозні порушення життєзабезпечувальних функцій організму спричиняє навіть невелика кількість поглинутої енергії. Пояснюється це тим, що енергія випромінювання влучає в особливо чутливу «мішень» - клітину. А найбільш чутливими до радіації є ті клітини, які швидко діляться. Так, першим відчуває дію радіоактивного випромінювання кістковий мозок, унаслідок чого порушується процес кровотворення.

 - По-друге, різні типи організмів мають різну чутливість до того чи іншого радіоактивного випромінювання.

 - По-третє, наслідки впливу однакової поглинутої дози випромінювання залежать від віку організму.

Всі вище перелічені особливості стосуються зовнішнього опромінення. Але для вищих тварин і людини с небезпечним і внутрішнє опромінення, адже радіонукліди можуть потрапити в організм.

Учень 7.  Підвищена небезпека внутрішнього опромінення зумовлена кількома факторами:

1) деякі радіонукліди здатні вибірково накопичуватися в окремих органах. Наприклад, 30% йоду накопичується в щитоподібній залозі, маса якої становить лише 0,03 % від маси тіла людини. Радіоактивний йод, таким чином, усю свою енергію віддає невеликому об'єму тканини.

2) внутрішнє опромінення є тривалим: радіонуклід, який потрапив до організму, не відразу виводиться з нього, а зазнає низки радіоактивних перетворень усередині. Радіоактивне випромінювання, яке виникає при цьому, чинить руйнівну дію, йонізуючи молекули й тим самим змінюючи їхню біохімічну активність.

Учень 8.  Найбільш радіаційно вразливими тканинами є лімфатична, кровотворна, епітелій тонкого кишечника, епідерміс, судини. Епітелій печінки, нервова та м'язова тканини с радіостійкими. Гостра променева хвороба виникає за короткочасного (від декількох хвилин до 1-3 днів) впливу на організм людини іонізаційного випромінювання в дозі більш ніж 100 рад. Залежно від величини поглиненої дози розрізняють такі ступені променевої хвороби: легку (І), середню (II), важку (III) і вкрай важку (IV).

Починаються нудота, блювота, велика слабкість. Потім іде фаза відносного благополуччя. Стан потерпілого задовільний. Починається зниження захисних властивостей організму. Загальний стан організму погіршується. Починається  лихоманка, можливі крововиливи під шкіру. Гостра променева хвороба (100-200 рад) – одужання без лікування; середній ступінь (200-400 рад) — хворі потребують спеціалізованої медичної допомоги; тяжкий (400-600 рад) — характеризується досить важким станом хворих; важкий ступень (більш 600 рад) - часто смерть настає на 8-16 день.

Учень 9. Іонізаційне випромінювання — досить інтенсивний мутагенний фактор організму. Як відомо, у кожній соматичній клітині людини е 46 хромосом, і кожна з них представлена молекулами ДНК. Кожна хромосома несе так багато спадкової інформації, що втрата однієї а них або виявлення додаткової призводять до внутрішньоутробної загибелі організму, або ж діти народжуються з різними захворюваннями. Вивчення генетичних наслідків опромінення свідчить, що можна спостерігати протягом багатьох поколінь спадкові хвороби. За останні роки кількість дітей із вродженими вадами збільшилася втричі. Радіація вплинула й на  тваринний та рослинний світи.

Учитель: Як же захиститись від радіації?

Учень 10. Оскільки радіоактивне випромінювання шкідливо впливає на живі клітини, то, зрозуміло, потрібно організувати захист від нього.

Зменшення поглиненої дози випромінювання під час роботи з джерелами іонізаційної радіації зазвичай забезпечують такі заходи й вимоги:

1) "захист відстанню" - зі збільшенням відстані від джерела радіації інтенсивність випромінювання й поглинена дози зменшуються;

2) "захист часом" - чим меншим є час перебування в зоні дії випромінювання, тим меншою буде поглинена доза:

3) встановлення захисних екранів, що поглинають випромінювання: ступінь екранування залежить від проникної здатності різних типів випромінювання;

4) обов'язкове знання й виконання персоналом правил безпеки під час роботи в зоні дії випромінювання, а також інформованість населення про наявність небезпеки радіоактивного опромінення чи забруднення.

  Для населення будь-якого віку незалежно від місця проживання гранично допустимою дозою опромінення є D = 0,05 Гр за рік. Доза загального опромінення людини у 2 Гр призводить до променевої хвороби, а в 6 Гр і більше майже завжди смертельна.

Учитель: ми з вами щойно дізналися про негативний вплив радіоактивного випромінювання та захист від нього. Проте, за певних умов радіаційне випромінювання може бути й корисним. Зверніть увагу на вислів Стругацького: “Розум є здатність використовувати сили навколишнього світу без руйнування цього світу”. Подумайте, де використовується радіоактивне випромінювання з користю для людини?

Відомо, що певна доза опромінення вбиває живі організми. Але ж не всі організми корисні людині. Так, медики постійно працюють над тим, щоб позбутися хвороботворних мікробів. Згадайте: у лікарнях миють підлогу зі спеціальними розчинами, опромінюють приміщення ультрафіолетом, обробляють медичні інструменти — тобто, дезінфікують та стерилізують.

Учень 11. Зараз наймасовішу медичну продукцію: шприци, системи переливання крові тощо — виготовляють у вигляді виробів одноразового використання, які перед відправленням споживачеві ретельно стерилізують із використанням γ-випромінювання. Центри стерилізації являють собою справжні промислові підприємства. Вони автоматизовані, щоб звести до мінімуму контакт персоналу з радіаційним випромінюванням. Їхні виробничі потужності дозволяють протягом робочого дня обробляти мільйони виробів. І, що найважливіше, доза випромінювання для стерилізації кожного конкретного виробу ретельно обґрунтована відповідно до рекомендацій Міжнародної організації охорони здоров'я. Як джерело γ-випромінювання в центрах стерилізації здебільшого використовують штучно створений ізотоп Кобальту —  кобальт-60.

Учень 12. Крім обробляння медичних виробів, центри стерилізації широко використовують для знищення певних бактерій у продуктах харчування. Як відомо, продуктам харчування притаманний процес гниття. А цей процес є не що інше, як розмноження бактерій. Якщо ж ці бактерії знищити від самого початку, процес гниття не відбуватиметься. Щодня такій очищувальній обробці піддають десятки тонн продуктів, насамперед м'ясо, птицю, рибу.

Учитель: Таким чином, завдяки радіаційним технологіям, що їх розробили науковці, у багатьох сферах нашого життя радіаційне випромінювання зі смертельного ворога може перетворюватися на помічника.

 Учень 13. Гамма-випромінювання знаходить застосування в техніці, наприклад, для виявлення дефектів у металевих деталях — гамма-дефектоскопія. За допомогою γ-дефектоскопів перевіряють, наприклад, якість зварених з’єднань елементів конструкцій (чи то міст, чи то ядерний реактор). За рахунок різного поглинання γ-випромінювання сталлю і порожнечами в ній дефектоскоп «бачить» тріщини   всередині   металу   й   виявляє  брак   на   стадії  виготовлення.

 γ-випромінювання застосовують також для автоматичного контролю рівня заповненості закритих  ємностей. Принцип дії цих пристроїв такий. На одну зі стінок ємності з речовиною спрямовують пучок γ-променів, а з протилежного боку вимірюють інтенсивність випромінювання. У місцях, де ємність заповнена, випромінювання буде слабшим, ніж у місцях, де є порожнини. Подібні пристрої використовують також для контролю витікання рідин, вимірювання густини, для лічби предметів та ін. потреб.

Учитель: Дізнаймося про застосування радіоактивних ізотопів у медицині.  (Слайд 12)

Учень 14. Існує метод мічених атомів. Радіоізотоп, який додають до неактивних атомів, «заявляє» про себе своїм випромінюванням. За допомогою цього методу вдалося виміряти швидкість кровообігу, визначити шляхи переміщення елементів, вивчити механізм фотосинтезу, виявляти місця можливих пухлинних уражень. Цей метод має високу чутливість і дозволяє відстежувати й фіксувати 10^-20 г радіоактивної речовини.

Одне з перших місць у лікувальному використанні радіоізотопів посідає радіаційна терапія злоякісних утворень. Пухлинні клітинки постійно діляться, тому й руйнуються швидше, ніж здорові.

Учень 15. Радіоактивні ізотопи широко використовують у медичних дослідженнях як індикатори. Справа в тому, що організм людини має властивість “збирати” у своїх тканинах деякі хімічні речовини. Відомо, що щитоподібна залоза накопичує у своїй тканині йод, кісткова тканина — фосфор, кальцій і стронцій. При цьому, якщо орган працює нормально, то процес накопичування речовин характеризується певною швидкістю; у разі ж порушення функції органа спостерігається відхилення від даного режиму.

Наприклад, у випадку базедової хвороби активність щитоподібної залози різко зростає, і в результаті йод накопичується в ній занадто швидко. Під час деяких інших захворювань щитоподібна залоза, навпаки, функціонує слабко, і накопичення йоду в ній відбувається занадто повільно.

За цими особливостями накопичення йоду зручно стежити за допомогою його γ-радіоактивного ізотопу. Хімічні властивості радіоактивного й стабільного (тобто не радіоактивного) йоду не відрізняються, тому радіоактивний йод-131 накопичуватиметься щитоподібною залозою за тими законами, що і чистий йод. Якщо щитоподібна залоза в нормі, то через певний час після введення в організм радіоактивного йоду γ-випромінювання від нього матиме певну оптимальну інтенсивність. Радіоактивні атоми ніби посилають сигнал: «Ми тут, усе гаразд!». Але якщо щитоподібна залоза функціонує з відхиленням від норми, то інтенсивність γ-випромінювання буде аномально високою або. навпаки, низькою, і сигнал звучатиме, тривожно: «Ми тут, але нас забагато (замало)!». Аналогічний метод застосовують для досліджування обміну речовин в організмі, функцій нирок,  печінки та ін.

 Учень 16. Радіоактивні ізотопи (йод-131, фосфор-32, аурум-198 та ін.) використовують для виявлення в різних органах злоякісних пухлин. Діагностика базується на тому, що клітини пухлин і клітини здорової тканини по-різному накопичують радіоактивні препарати. Для пухлини властиве прискорене накопичення радіоактивного фосфору. Зрозуміло, що під час використання ядерно-фізичного методу діагностики необхідно ретельно дозувати кількість радіоактивного препарату, щоб внутрішнє опромінення спричиняло мінімально негативний вплив на організм людини.

Учитель: отже, згубна дія радіації - це тільки один бік медалі. Це явище має й низку позитивних якостей. Тож, давайте підведемо підсумки уроку.

VІ. Закріплення набутих знань.

1. Відповіді на запитання бланка.

 2.  Диспут «Чи потрібно було людству відкриття радіоактивності?».

      VII.   Підсумок уроку.

 Підсумовується  робота учнів на уроці, визначаються змістовні і слабкі відповіді, виставляються оцінки за урок.

VII. Домашнє завдання.

- Вивч. § 25;

- Скласти кросворд із 8 запитань за опрацьованою темою, ключовим словом якого буде радіація.

САМОСТІЙНА ПИСЬМОВА РОБОТА

Прізвище, ім'я  __________________________________________

1. Природний радіаційний фон створюють ______________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ .

2. Основні джерела радіації ___________________________________________    ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ .

3. Шляхи потрапляння радіоактивних речовин в організм людини:

    1) _________________________________ ;

    2) __________________________________ ;

    3) __________________________________ .

4. Негативний вплив іонізуючого випромінювання на організм людини:

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Які ви знаєте методи захисту від радіації?

________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ .

6. Наведіть приклади використання радіації з користю для людини.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________